Теоретические аспекты изучения генетики в школьном курсе общей биологии



В статье рассмотрены основные понятия генетики и их использование в школьном курсе общей биологии.

Ключевые слова: генетика, понятие

Совершаемая в последние десятилетия научно-техническая революция привела к противоречию между временем, отводимым на обучение в школе, и возросшим объемом знаний и умений, которыми необходимо обеспечить современных школьников. В сложившихся условиях перед общеобразовательной школой возникла настоятельная потребность в решении проблем, связанных с отбором учебного материала, совершенствованием форм и методов обучения. Основная задача школы связана с развитием у школьников способностей и навыков самостоятельного овладения в будущем необходимыми знаниями и умениями.

Генетика — это комплекс наук о свойствах живых организмов передавать свои признаки в ряду поколений и изменять свои признаки в силу различных причин [1]. По признанию многих современных биологов данная наука в последние годы стала сердцевиной всех биологических наук. Разнообразие жизненных форм и процессов может быть осмыслено как единое целое в рамках генетики.

Развитие генетики можно выделить три этапа: первый этап связан с Г. Менделем и открытием законов наследственности. Второй этап начался с изучения генетики на клеточном уровне. Третий этап характеризуется достижениями в сфере молекулярных наук, которые позволили изучать закономерности генетики на уровне бактерий и вирусов [5].

На современном этапе развития школьного биологического образования проблема формирования системных знаний у учащихся приобретает особое значение в связи с дифференциацией обучения и предъявлением более высоких требований к подготовке школьников, т. е. нужно формировать у учащихся прочные системные знания по биологии [5].

Рядом исследователей доказано, что основная движущая сила процесса обучения, воспитания и развития — планомерное формирование и развитие понятий (Н. М. Верзилин, Е. П. Бруновт, И. Д. Зверева, О. В. Казакова, М. И. Мельникова и другие). Понятие одновременно выступает отражением материального объекта, средством его мысленного воспроизведения, построения. Вместе с тем существует внутренняя связь подлинного содержания понятия со способом его конструирования, идеализации [3].

На основе понятий формируются знания более высокого порядка — законы, теории. Данное положение в методике преподавания биологии является ведущим и находит отражение в специальной теории развития биологических понятий. Данная теория создала научную основу для полноценного освоения учащимися образовательной школы содержания учебного материала [2].

К положениям теории развития биологических понятий относятся следующие:

1. Систему основных понятий учебного предмета «Биология» составляют понятия, отражающие смысл основных социальных отраслей биологии и объединяемые в группы — морфологические, анатомические, физиологические, экологические и генетические, систематические, агрономические, гигиенические — специальные (эволюция, формы и уровни биологической организации, взаимосвязи организма и среды и др). Их необходимо изучать во всех разделах биологии.
2. Биологические понятия развивают мыслительную деятельность учащихся (благодаря им приобретаются умения анализировать, сравнивать, систематизировать, классифицировать и обобщать учебный материал). Они обеспечивают формирование научного взгляда, укреплении здоровья и культивировании здорового образа жизни.
3. Биологические понятия представляют учащимся не в готовом виде; они развиваются в процессе обучения [2].

Школьную биологию с позиций ее содержания логично представлять как комплекс понятий, с помощью которых выражаются знания. Биологические знания — это результат познания живой природы, который проверен общественно-исторической практикой.

Биологические знания могут передаваться новым поколениям людей при организованном и целенаправленном их обучении. Эти знания должны быть систематичными и охватывать все основные разделы биологической науки. Их лучше выражать во взаимосвязи, определенной логической структуре и последовательности [3].

В 50-х годах, несмотря на сложную обстановку в биологии, связанную с персонализацией и идеологизацией науки, были выделены основные группы понятий, раскрыта динамика их развития, описаны различные типы понятий, этапы их формирования, применение в новых условиях, намечены методические средства их развития и определено значение теории биологических понятий для методики обучения биологии (И. Д. Зверев, Н. Л. Корсунская, О. В. Казакова, Н. А. Рыков, Н. Л. Соколов) [5].

С середины 60-х годов, курс общей биологии стал строиться по принципу теоретических концепций эволюционного учения и генетики: показана роль генетических понятий в развитии мыслительных процессов учащихся (Б.Х Соколовская); предложена система терминологической работы (В. М. Пакулова); установлена связь понятий наследственность и изменчивость (Ю. В. Блиновская); дано теоретическое обоснование дидактического потенциала разных видов организации учебной деятельности учащихся и определила их эффективность в усвоении биологического материала (Н. И. Зубкова); раскрыта роль знаний законов генетики, связанных с развитием понятий теоретического характера (К. Б. Бутаева) [3].

Исследователями за годы изучения генетики были разработаны понятия, которые используются для обучения школьников.

1. Генетика (от греч, «генезис» — происхождение) — наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов.
2. Ген (от греч. «генос» — рождение) — единица функционирования наследственного материала, определяющая развитие какого-либо признака или свойства организма. Ген выступает как кодирующая система, обладает способностью к мутациям, ауторепродукции и рекомбинации.
3. Генотип — это весь комплекс генов, полученных организмом от своих родителей. Под генотипом следует, понимать не молекулярную структуру нуклеиновых кислот, а информацию, закодированную в них.
4. Фенотип — это весь комплекс внешних и внутренних признаков организма (форма, размеры, окраска, химический состав, поведение, биохимические, микроскопические и макроскопические особенности).
5. Изменчивость — вся совокупность различий по тому или иному признаку между организмами, принадлежащими к одной и той же природной популяции или виду.
6. Наследственность — определяется как свойство родителей передавать свои признаки и особенности развития следующему поколению.
7. Альтернативные признаки — взаимоисключающие, контрастные признаки (окраска семян гороха желтая и зеленая).
8. Хромосомы — главные структурно-функциональные элементы клеточного ядра, содержащие расположенные в линейном порядке гены и обеспечивающие хранение, воспроизводство генетической информации, а также начальные этапы ее реализации в признаки; изменяют свою линейную структуру в клеточном цикле.
9. Локус — участок хромосомы, в котором расположен ген.
10. Доминантный признак (от лат. «доминас:» — господствующий) — преобладающий признак, проявляющийся в потомстве у гетерозиготных особей.
11. Кариотип — хромосомный комплекс клеток конкретного вида растений или животных с характерными для него морфологическими особенностями.
12. Мутации — внезапно и случайно проявляющиеся изменения в наследственной информации соматических клеток (соматическая мутация) или в зародышевых клетках, которые не являются следствием рекомбинации и которые наследуются [1].

Таким образом ученые, работавшие над проблемами методики изучения биологии, использовали теорию развития биологических понятий как ключевой момент своих исследований. Выдвинутые и обоснованные ими идеи, являются базой для работы в школе, необходимой отправной точкой для дальнейшего совершенствования учебного процесса по биологии.

Рассматривая теорию развития биологических понятий, авторы стремятся к более эффективному разрешению проблемы развития понятий генетики в процессе обучения и выделяют, согласно двум уровням познания, две ступени развития понятий: на первой ступени понятия носят эмпирический характер, а на второй научно-технический. Отсюда эмпирические понятия опираются на данные наблюдения и экспериментов, а теоретические понятия связаны с совершенствованием понятийного аппарата науки и направлены на всестороннее познание объективной реальности в ее существенных связях и закономерностях [4].

Психология внесла значительный вклад в развитие генетики, частности В. В. Давыдов выделил две формы теоретического мышления. Первая включает анализ фактического материала и его обобщение. На основе последнего происходит выделение некой содержательной абстракции, в которой зафиксирована сущность явления. Вторая форма теоретического мышления — восхождение от абстрактного к конкретному.

Применительно к понятиям генетики исходной абстракцией, в которой выражается сущность, специфика конкретных проявлений наследственности и изменчивости, может считаться единица наследственности — ген.

Основная концепция генетики утверждает существование единицы наследственности в виде некоторого фактора, который передается от родителей к потомкам. Понятие «ген» как дискретной единицы, выявляемой менделевским гибридологическим анализом, ввел В. Л. Иоганнсен. С его точки зрения, ген не только эмпирическое обобщение, но и исходная абстракция.

По мнению В. В. Давыдову восхождение от абстрактного к конкретному имеет две взаимосвязанные стороны: содержательное абстрагирование и содержательное обобщение — процесс установления связей между разнородными проявлениями свойств исходной абстракции, обнаружения их всеобщего целостного характера. Произвести содержательное обобщение — это значит найти некую закономерность. Абстракция и обобщение по выражаются в форме теоретического понятия (В. В. Давыдов) [3].

Обобщение закономерностей наследственности позволило выявить некоторые универсальные свойства гена: хранение, передача и фенотипическое проявление наследственных задатков; относительная стабильность, дискретность, линейность, непрерывность генетического материала. Все это — теоретические обобщения, существующие в единстве, которые нельзя отрывать друг от друга и изучать изолированно.

Таким образом, научно-теоретическое понятие ген образуется при восхождении от абстрактного к конкретному, когда происходит мысленная переработка известных фактов.

Понятия генетики, формируемые при изучении темы «Основы генетики» в общеобразовательной школе, имеют традиционную эмпирическую окраску. Принципы методологии развития их таковы: 1 этап — восприятие, II этап — представление и III этап — понятие. Отрицать важность эмпирических понятий не приходится, поскольку наука генетика содержит много фактов и их эмпирических обобщений. Проблема состоит в том, что часто понятия генетики в сознании учащихся остаются на эмпирическом уровне. Отсутствие иерархических связей между понятиями влечет за собой потерю образования, вообще, и генетики, в частности, считают, что эмпиризм знаний школьников — причина их неполноценности.

Поэтому Б. Д. Комиссаров выделяет следующие этапы формирования теоретического понятия: становление исходной целостной абстракции («клеточки»); прослеживание ее связей без разрыва; отражение этих связей в абстрактном определении и, в заключении, — синтез определений. Например, понятие ген формируется сначала как абстракция (единица наследственности), затем конкретизируется на уровне хромосомной теории и развивается до уровня генной [5].

Проблема развития научно-теоретических понятий в «живых процессах мышления» подробно рассматривалась Л. С. Выготским, которая включает в себя этапы развития научно-теоретического понятия: 1. Обозначение понятия с помощью термина. 2. Перенос понятия на новые объекты. 3. Использования понятия в процессе свободного ассоциирования. 4. Применение понятия в образовании суждений [3].

Обозначение понятия с помощью термина — весьма существенный момент. Термин используется в качестве средства произвольного направления внимания, абстрагирования, выделения отдельных признаков, их синтеза и символизации с помощью знака. Понятие реализуется в термине, а сам термин, в свою очередь, входит в определение понятия.

Образование понятия начинается с того момента, когда учащийся осваивает новый термин, который является носителем научного понятия. В этом случае представляется необходимым предусмотреть опасность «голого» вербализма, имитирующего наличие научно-теоретического понятия. Если учащиеся усваивают не понятие, а его название, запоминают термин, но оказываются несостоятельными перед всякой попыткой осмысленного применения знания, — это показатель эмпирического уровня развития понятия. Но если эмпирические и научно-теоретические понятия совпадают, но за ними лежат разные интеллектуальные операции. Решающее значение для развития научно-теоретических понятий имеет не память или внимание, а то, насколько учащийся пользуется этой памятью и какую роль она выполняет. Процессы развития научно-теоретических понятий генетики (операции перенесения понятий на новые объекты или восхождение) предполагают деятельность логической памяти, произвольного внимания как функцию структурирования воспринимаемого. В сознании учащихся образуется новая структура обобщения или процесс сведения информации. Благодаря этому преобразуется структура всех прежних понятий [4].

Новое понятие, новое обобщение возникает не иначе как на основании предшествующего. Это выступает очень отчетливо в том обстоятельстве, что параллельно с нарастанием генетических обобщений идет нарастание осознания и произвольности понятий генетики. Нарастание свободы оперирования понятиями по мере роста обобщений объясняется возможностью обратного движения от высшей ступени к низшей, содержащейся в высшем обобщении. Низшая операция рассматривается как частный случай высшей. Таким образом, новая ступень обобщения возникает как обобщение обобщений. Прежняя работа мысли, выразившаяся в обобщениях на предшествующих ступенях, не аннулируется и не пропадает зря, а включается и входит в качестве необходимой предпосылки в новую работу мысли.

К высшей ступени развития научно-теоретических понятий относится явление эквивалентности, которое когда всякое понятие подразумевает бесчисленное количество способов с помощью других понятий. Научно-теоретический уровень развития понятий дает, таким образом, возможность интеллектуального запоминания, когда достаточно один раз понять принцип — закон наследования, чтобы в дальнейшем уметь проанализировать какое-либо явление наследственности (Л. С. Выготский) [3].

Вышеизложенное позволяет сделать выводы, что главным отличием эмпирических понятий от научно-теоретических является их рядоположение, потеря иерархии, то, что они даны вне системы. Результатом этого становится констатирующий характер суждений, утрата возможности движения в суждениях от высших понятий к низшим и наоборот. Кроме того, научно-теоретическое понятие предполагает то, что называется абстрагированием — умение рассматривать отдельные элементы содержания понятия вне их связи с конкретным что нельзя наблюдать в эмпирическом понятии, так как в нем на первый план выступает конкретная ситуация, являющаяся в сознании учащихся.

Вышеизложенное позволяет делать следующие выводы, что

— генетика стала сердцевиной всех биологических наук;

— движущая сила процесса обучения и развития — планомерное формирование и развитие понятий;

— в формировании генетических понятий большую роль сыграла теория развития биологических понятий и учения в психологии.

Литература:

1. Биологический энциклопедический словарь. Издательство -«Советская энциклопедия», 1986. — 894 с.
2. Верзилин, Н. М. Общая методика преподавания биологии / Н. М. Верзилин, В. М. Корсунская. — М.: Просвещение, 1976. — 384 с.
3. Нгуен Динь Ням. Формирование и развитие у учащихся генетических знаний в процессе обучения общей биологии в общеобразовательных школах Вьетнама: Дис.... канд. пед. наук: 13.00.02: Москва, 1998–148 c.
4. Сезонова Татьяна Владимировна. Методика развития понятий об абиотических и биотических факторах в школьном курсе биологии: Дис.... канд. пед. наук: 13.00.02: Орел, 2002–134 c.
5. Мягкова, А. Н. Методика обучения общей биологии: пособие для учителя /А. Н. Мягкова, Б. Д. Комиссаров. — М.: Просвещение, 1985. — 287 с.